近日，中國科學院大連化學物理研究所能源基礎與戰(zhàn)略研究部中科院院士包信和、研究員潘秀蓮、副研究員焦峰團隊與催化基礎國家重點實驗室理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員肖建平團隊合作，在合成氣直接轉(zhuǎn)化制烯烴OXZEO活性調(diào)控機制方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)了MnGaOx晶相結(jié)構(gòu)對反應路徑與活性具有顯著影響。
團隊發(fā)現(xiàn)兩種晶相結(jié)構(gòu)的MnGaOx展現(xiàn)出迥異的催化活性，其中MnGaOx-Spinel-SAPO-18可實現(xiàn)40%CO轉(zhuǎn)化率、81%低碳烯烴選擇性、0.17g gcat-1 h-1低碳烯烴時空收率，與具有相似元素組成的固溶體MnGaOx-SS相比，其比活性（以比表面積歸一）提高了一個數(shù)量級。
系統(tǒng)性表征結(jié)果表明，尖晶石氧化物具有更高的可還原度，以及更多的氧空穴和配位不飽和Ga3+位點，因此具有更加優(yōu)異的氫助C-O解離能力，使反應沿表面乙酸鹽—乙烯酮通道，并進一步在分子篩限域孔道內(nèi)轉(zhuǎn)化生成低碳烯烴。本研究深化了金屬氧化物催化活化CO/H2構(gòu)效關(guān)系的認識，為進一步優(yōu)化OXZEO催化劑提供了科學依據(jù)。
大連化物所揭示合成氣轉(zhuǎn)化中金屬氧化物晶相結(jié)構(gòu)演變及其催化作用原理
該團隊于2016年提出金屬氧化物和分子篩耦合的雙功能OXZEO催化劑設計概念，實現(xiàn)了高選擇性制C2=-C4=低碳烯烴（Science，2016）。在基礎研究取得突破后，團隊與大連化物所劉中民院士團隊、陜西延長石油（集團）有限責任公司合作，于2020年成功完成國際首套煤經(jīng)合成氣直接制低碳烯烴OXZEO-TO創(chuàng)新技術(shù)的千噸級工業(yè)試驗。同時，團隊就金屬氧化物和分子篩催化作用原理、雙功能匹配耦合機制開展系統(tǒng)性研究，并取得系列進展（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020; Natl. Sci. Rev.，2022; Nat. Commun.，2022）。OXZEO概念為煤、天然氣、二氧化碳的資源化利用提供了新技術(shù)平臺，受到廣泛關(guān)注和研究（Chem. Rev.，2021）。
相關(guān)研究成果以“Tuning the Crystal Phase to Form MnGaOx-Spinel for Highly Efficient Syngas to Light Olefins”為題，于近日發(fā)表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的共同第一作者是大連化物所博士研究生白冰、助理研究員郭辰曦。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、大連市科技創(chuàng)新基金、中科院青促會、中科院A類先導專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”等項目的資助。
